多传感器信息融合的智能火灾探测系统开发与研究

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近年来,火灾对人们的生命财产安全造成的危害总体上呈上升趋势,发生在住宅内的火灾造成的死伤人数比例最高,并且目前城市建筑规模越发庞大,功能愈加复杂,智能化程度不断提高。在此背景下,如何将住宅内的火灾消灭在萌芽状态成为急需研究的重点内容,目前市场应用的火灾探测器多是基于单一传感器及简单的算法对火灾进行判断,在应用中仍存在较高的误报率和漏报率。因此,本文提出一种多传感器信息融合的智能火灾探测系统,旨在提高对火灾识别的及时性和准确性。针对单一传感器误报率、漏报率高的问题,利用烟雾传感器MQ-2、CO气体传感器MQ-7、温度传感器DS18B20、红外火焰传感器组成了多传感器系统,结合单片机微控制器设计了下位机硬件系统,并通过CC2530模块实现了上位机与下位机之间的无线通信。基于Keil软件,以STM32单片机为核心设计了下位机的软件系统,包括主程序设计、DS18B20模块程序设计、A/D采集模块程序设计和通信模块程序设计;基于MATLAB和LabVIEW软件,以PC机为核心设计了上位机软件系统,实现了实时显示、数据存储、数据处理与实时报警等功能。根据多传感器信息融合相关理论设计了火灾探测系统的整体算法结构模型,采用单片机对采集到的传感器信号进行限幅、归一化等预处理,完成系统的信息层融合,进而将预处理后的信号发送至上位机;基于MATLAB软件完成了BP神经网络融合器和模糊推理系统的设计,通过上位机对底层数据的处理完成系统的特征层融合;根据特征层融合的结果并结合火灾信号持续时间,生成多级判据,得出环境中的火灾探测结果,并实现火灾报警,完成火灾探测系统的决策层融合。针对目前智能火灾探测技术的研究多是通过仿真完成,最后进行了火灾样本的采集、模拟火灾响应时间实验以及抗干扰实验。火灾样本为神经网络的训练和模糊推理系统的设计提供了依据;通过火灾响应时间实验,并与市面上的一种独立型烟温复合火灾探测器进行对比,说明了火灾探测系统对火灾响应的及时性;通过抗干扰实验,验证了火灾探测系统良好的抗干扰能力。
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